第十讲 相机检校 摄影测量基础 教学课件.ppt

第十讲 相机检校（标定）camera calibration 照片里有什么？ 周老虎是平面虎？ 同形变换 照片里有什么？ 名称 形状 照片里还有什么？ 摄影测量的原理 成像过程 摄影测量的原理 测量过程 共线方程描述了什么？ 成像过程：像点p(x,y) ? 物点P(X,Y,Z) 共线方程描述了什么？ 测量过程：像点p(x,y) — 物点P(X,Y,Z) 像点量测与交会 立体交会的条件 摄影时的位置和姿态已知 同名点已知 摄影测量的两个基本问题 1 几何关系的恢复 2 同名点对应 摄影测量的前提 物点、投影中心、像点共线 摄影主距已知 摄影主距与镜头焦距有什么区别？ 针孔模型与实际的像机？ 理想的成像模型： 针孔(pinhole)模型 相机类型 民用相机 胶片：傻瓜、单反 数码：傻瓜、单反 航空相机： 位置、姿态 (+GPS、+IMU) 框幅式 胶片：IMK、RC30、……. 数码：DMC、UltraCamD/X、…… 推扫式：ADS40/80 航天相机: 轨道、姿态 ( GPS、恒星相机、IMU) 点扫式： 推扫式：IKONOS、QuickBird、…… SAR: 量测像机与非量测像机 量测像机：精确检校过（定标）的像机 像机的主距是固定的 像机的主距是可以精确设置的 非量测像机： 像机的主距是随时变化的 120、135胶卷像机 普通数码像机 实际的成像模型 大气折光 镜头： 径向畸变 离心畸变 底片： 仿射变形 压平误差 CCD/CMOS 纵横轴不平行 纵横轴方向像素大小不一样 成像传感器单元不在一个平面上 …… 径向畸变 桶形畸变（广角端） 枕形畸变（长焦端） 桶形畸变 鱼眼畸变 Decentric Lens Distortion（偏心） 透镜系统的部件没有对齐引起 包含两部分 径向部分 切向部分 Decentric Lens Distortion Decentric Lens Distortion Decentric Lens Distortion Decentric Lens Distortion 焦平面的仿射变形 x, y 方向比例尺不一致 x,y轴不垂直 焦平面的仿射变形 CCD安装的不规则变形 CCD不在一个平面上 CCD的每个像素不在规则格网上= 每个像素的畸变无法拟合 畸变后果 使物点、投影中心、像点三点不再共线 影像形状发生非透视畸变 ? 同名光线不再相交 空间后交精度降低 重建物体的几何模型变形 解决办法 修改共线方程，建立严格的成像模型 各种畸变累积 常用的像机镜头畸变模型 像机检校 确定主点（x0, y0)，主距f 确定镜头畸变参数k1,k2,…,p1,p2,… 确定CCD仿射变形 确定CCD的不规则变形 航空数码相机的检校 检校： GPS与相机的关系 IMU与相机的关系 各个小像幅影像与拼接影像的关系 CCD阵列（像元）的位置 航天数码相机的检校 检校： GPS与相机的关系 IMU与相机的关系 恒星相机与相机的关系 CCD阵列（像元）的位置 问题： 窄角(视场角)成像的影响 检校的模型与策略？ 检校方法分类 实验室方法 平行光管法 基于控制场的方法：利用GCP和共线方程 3D检校场 2D检校场 无需控制场的方法 基于纯平移的方法: 像机精确控制？ 基于纯旋转的方法: 像机精确控制？ 基于灭点的方法: 利用场景结构 自检校法：利用像片间的关系（共面方程？) 区域网空三自检校法 实验室方法 适合于检校航摄仪等具有固定主距的量测像机 ADS40的检校设施 3D检校场方法 三维控制场需要有一定的深度 利用空间后方交会 标志点的关系长期稳定、不变 标志点利用经纬仪精确测度 大型室内检校场 便携式3D检校场 3D检校场方法 初值问题 (XS, YS, ZS)的初值 (?, ?, ?)的初值 主距的初值f x0, y0初值设为0 畸变差系数初值设为0 利用直接线性变换求初值 利用直接线性变换求初值 内方位元素解算 内方位元素解算 内方位元素解算 内方位元素解算 内方位元素解算 内方位元素解算 内方位元素解算 外方位角元素的解求 外方位角元素的解求 外方位线元素的解求 直接线性变换的制约条件 只考虑 (XS, YS， ZS), (?, ?, ?),(x0, y0, f)六个未知数，则L1, L2, ?,L11应该有两个制约条件。(Bopp, H.和Krauss，H.，1978年提出） 3D检校场的缺点 造价昂贵（室内大型控制场） 不能（易）携带 2D检校场方法 可以绘制在玻璃板上 容易携带、保管 2D检校场方法 建筑物的墙面、窗户 2D检校场的问题 控制点在一个平面上，相当于Z坐标为零 直接线性变换退化为 求解方法 基本方法 先按简化模型求初值 再按严格模型进行多片后方交会 常见方法 Tsai的